矿物加工简史.pdf

2 0 0 7 ． 4 国 外 金属 矿 选 矿 7 笫 籀 固 裱 物 蕊 鼍 炎 套 凳 囊 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 矿物加工简史 F 法 巴什 摘 要 在远古时代 ， 矿石破碎、 磨细和用水洗去脉石矿物已经就现实 了。人先用手拿硬石头撞碎矿石 ， 以后 又用金属锤子敲碎 矿石 。再后来人们用杠杆机构操作研钵和杵来 破碎矿石 ， 到 中世纪 由于要 破碎的矿石 量增 多了， 开始 采用捣 矿磨机 。 磨石在矿石细磨中起着重要作用 。用淘盘富集金和矿物手 选是两种古 老的、 但今天 仍然应用 的选矿方法 。浮 选到 1 9 世纪 中期才开始 出现， 开始时用油捕收矿物 ， 使有用矿物漂浮到矿浆 表面上 。直到 2 0世纪 2 0年代才 发现可 以有效 浮 选矿物的有机化合 物。由著名的选矿工程 师 如 R i t t i n g e r 、 Ri c k a r d 、 P r y o r 、 T a g g a r t 、 R i c h a r d s 、 G a u d i n等人 编写的选 矿 教课书用于教授大学的学生。 关键 词选矿浮选重选手选破碎磨矿历史 概 述 古埃及人早就知道从金粒含量高的泥土中熔炼 黄金 比用贫金泥土要容易。因此他们力图用陶洗的 方法除去脉石矿物， 来富集黄金 图 1 。从河流中 富集金粒的另一个古老方法就采用羊毛 富集金粒 ， 所以， 有一个关于“ 金羊毛” 的希腊神话。今天的格 鲁吉亚古时候称作科尔奇斯 C o l c h i s ， 是黄金业 的 中心。人们将古希腊称为金羊毛国土。 图 1古 埃硬 置 面上 的 用 淘 洗 法 I 集黄 金 在中世纪， 欧洲的树林大范围地被砍伐了， 以便 为熔炼炉提供木头燃料。为了节省木头的消耗， 需 要尽可能地从炉料中除去脉石矿物 。所 以， 尽量对 矿石进行选矿 。当时， 处理的最重要的矿石是铜矿、 铁矿和银矿。实际上 ， 大部分银是从铅矿石 中回收 的。为了富集矿石 中的有用矿物， 需要将矿石破碎 成小块 ， 然后手选 出有用矿物 ， 除 去无用矿物 。所 以， 破碎成了选矿的第一步 。 在早期的矿 山学校 中， 老师给学生们教授采矿 学和冶金学， 有时由同一个老师教授地质学和矿物 学。以后的发展趋势是 ， 还教授与矿物资源开发有 关 的课程。澳大利亚谢梅尼特茨 S c h e mn i t z 帝 国 圈 2 里廷格尔 P e t e r y o n R i t t i n g r 1 8 1 1 1 8 7 4年 矿 山学校 的里 廷 格 尔 P t e t e r v o n R i t t i n g e r 图 2 首先教授选 矿课 程， 并撰写 了有关选 矿方面 的书。 以后又在北美建立了矿业学院和研究所。美 国的理 查 兹 Ro b e r t H． R i e h a r d s 图 3 首 先 在 波斯 顿 马 萨诸塞学 院建立 了选矿实验室 。他于 1 9 0 3年发表 了有关选矿方面的从书 。但是 ， 人们认 为哥伦 比亚 矿业学院的塔加尔特 Ar t h u r F ． T a g g a r t 1 8 8 4 1 9 5 9年 是选矿方面的第一把交椅 ， 他于 1 9 2 7年出 版了 选矿手册 。高登 An t o i n e M． G a u d i n 1 9 0 0 图 3 理查兹 R o b e r t H． R i c h a r d s 1 9 4 4 --1 9 4 5年 维普资讯 8 国 外 金属 矿 选 矿 2 0 0 7 ． 4 1 9 7 4年 于 1 9 3 9 年供职于麻省理工学 院， 进一步 发展 了选矿 ， 他在进入麻省理工学院以前在哥伦 比 亚、 犹他和蒙大那教授过选矿课程。开始的时候大 部分选矿内容要么分在化学工程学科 中， 要么分在 冶金学科中， 直到最近选矿才成为一f 1 - 独的学科 。 2 O世纪 5 O年代 才组织起 国际矿物加工大会 I M P C ， 1 9 5 2年 在伦 敦 召开 了第 一 届 国际 矿 物加 工 大 会 ， 这要感谢 盖 P ． Gy 、 阿斯提尔 J a c q e s E ． As t i e r 和达拉特 C ． W． D a n n a t t 的努力。 1碎磨 在现代选矿厂 中， 大型颚式破碎机和圆锥破碎 机 以每小时几千吨的处理能力破碎矿石 ， 类似的， 大 型装有钢棒或铸铁球的旋转磨矿设备将花生大小的 矿石瞬间磨成面粉那么细 的粒度。按一下开关， 就 可让电动机带动磨矿机转动。这个过程是连续进行 的， 大批矿石从设备一端给入， 而从另一端排 出。多 台破碎机和磨矿机只需要 由一个在控制室中注视电 视屏幕来操作 。古代人 没有 电动机和大型设备 ， 是 怎样破碎和磨细矿石的呢 I ． I 破 碎 古代人主要用冲击力破碎岩石 。最原始的方式 是用手握一块 硬的石头重击含有有 价矿 物的矿石 图 4 。考古学家发现 了很多这类石头。在阿格里 科拉 Ag r i c o l a 时代 ， 用球棒重击矿石， 一直到获得 所要求的粒度 图 5 。古代人 也用金属锤破碎石 头。甚至在 日常生活中也使用研钵和杵 。 圈 4 用手拿着硬石头重 击石头来破碎矿石 圈 5 在阿格里科拉时代用球棒重击矿石 应用杠杆原理来节省人类 的体力 。古代 中国 画描绘出了用杠杆操作研钵和杵 图 6 。一 幅南非 近代油画描述了坐在一根支在一块大石头上的树干 两端的两个工人用花岗岩破碎矿石 的人 图 7 。到 中世纪由于要破碎矿石的规模扩大 ， 引入了利用水 轮 图 8 或马匹驱动的多个杵 的捣磨机。 圈 6 古代中国用杠杆原理破 碎矿石 圈 7 应用花岗岩石头弹髋破碎矿石 圈 8 借助水轮操作 的捣置机 当时捣磨机与回收黄金的混汞法连成闭路， 现在它 已成为个陈旧的方法。让破碎后的矿石流过表面涂有 水银的铜板， 大的金粒被汞所捕集， 形成了汞齐。隔一定 时间用布将汞齐从铜板上擦下来， 回收汞齐， 再蒸发， 然 后再涂上新鲜的汞层。由于经常接触汞和汞齐， 这对人 的健康有伤害， 所以这个方法现在不用了。 圈 9 一个小孩甩磨石磨碎 石头 维普资讯 2 0 0 7 ． 4 国 外 金属 矿选矿 9 在蒸汽机发 明后， 它就代替 了马和水轮 。1 9 世纪 5 O年 代 发 明 了破 碎 机 械。1 8 5 8年 布莱 克 J o s h u a H． B l a k e 发明了颚式破碎机 ， 1 8 8 3年盖茨 Ga t e s 发 明 了 圆锥破 碎机 。 圈 1 0人用两块磨石 石磨 l 磨细物科 圈 1 1 用动物驱动磨碎 装置 圈 1 2钳造磨石的采石场 1 8 0 3年 l 作圆圈运 动的动物带动磨石运 动来 破碎矿石 图 l 1 。用含有少量黏土和石灰石 的高强度石英 砂岩制成磨石 ， 一般将石头切成直径为 2 r c l 、 厚度为 3 0 C 1 T I 圆盘 ， 它 的重量 约为 2 t 。在 它 的 中心 钻 一个 孔， 将一根长木棒安在孔 中， 用动物拉 动它。图 1 2 描绘了采石场分割石块 、 工人制造磨石、 切割磨石和 从矿山将它滑动出来 的情景。图 1 3描绘用马车运 输 磨石 的情况 。 ． ． 圈 1 3 1 8 7 6年在德 国用马车运输磨石 1 8 0 6年 l 现代工程师设计 出 了新的破碎机 ， 在 2 O世纪 4 O年代化学工程教科书中描述了这些破碎机 图 1 4 ～ 图 1 6 。也设计出了现代磨矿设备球磨机。 圈 1 4 机械化的硅碎机 圈 1 5另一种类型的机械化的硅碎机 维普资讯 1 0 国 外 金 属 矿 选 矿 2 0 0 7 ． 4 圈 1 6 一 种 机 械 化 的屠 矿 机 2 矿 物 分 选 淘金盘可能是最古老的应用重力分选矿粒的方 法 图 1 7 。远古时代人们就知道铁颗粒吸引在亚 洲伊斯密尔的马格涅萨乡村附近产的天然岩石上。 伊丽莎白女王群岛内科医士吉尔贝特 Wi l l i a m G i r b e r t 1 5 4 4 1 6 0 3年 叙述了这种磁现象， 并应用这 种现象处理天然产的岩石磁铁矿。在 1 9世纪 发现了电磁感应 ， 因此制造 了用于将磁性 矿物与非 磁性矿物分离开的强磁体。 圈 l 7 选金的淘金盘 圈 1 8 手选{ 1 5 5 6年 手选是从脉石 中拣 出有价矿石 的常用方法 图 1 8 。手选方法一直用到 1 9 世纪中期 图 1 9 ， 然后 被以矿物的静电性、 放射性 、 X射线荧光性为基础的 其它方法所取代 。亚利桑那 州的威尔弗利 Ar t h u r R e d ma n W i l f l e y 1 8 6 0 1 9 2 7年 于 1 8 9 6年 发 明 了分选矿物 的摇床 ， 2 O世纪 4 O年代 Hu mp h r e y跳 汰机 问世 。 圈 l 9手 选 1 9 1 0年 浮选是当代最重要的选矿方法。现代的泡沫浮 选是经过人们长期试验才实现的。开始时用某些油 如松醇油 浮选矿物 某些矿粒 附着在 比水轻 的油 层 中， 而浮起 来。例 如， 在英 格兰 ， 1 8 6 0年海 恩斯 Wi l l i a m Ha y n e s 用这个方法。1 9 0 4年埃尔莫 尔 E l mo r e 和 1 9 0 6年萨尔曼 S u l ma n 认识 到， 用大 量的油是不必要的， 甚至是很讨厌的， 他们用空气作 为矿物浮起介质 ， 取代一部分油 ， 该法具有很多优 点 。 1 9 0 9年格林 韦 Gr e e n wa y 、 萨尔 曼 S u l ma n 和希金斯 Hi g g i n s 发现了能溶的起泡剂 如酮和酒 精 ， 改进 了浮选法 ， 进一步降低 浮选所需要 的油用 量。从 1 9 1 3年到 1 9 2 2年 ， 可 以说 浮选首次成功用 于商业， 特别在美国。第一个重要的工业 浮选厂 由 B u t t e S u p e ri o r 公司于 1 9 1 3年投产。为了浮选 硫化矿物 ， 将各种油 如木材加工得到的油和煤焦油 作为捕收剂与起泡剂 松枝油和松脂油 联合使用 。 需要指出的是， 这些捕收剂的化学成份都是不确定 的。当时只能回收混合硫化矿精矿 ， 而不能用当时 已知的浮选药剂分离不同种类的硫化矿物。 1 9 2 1 年珀金斯 P e r k i n ， s 发现了化学成份确定 的 a 一萘胺和均二苯硫脲在促进硫化矿物浮选中的 重要作用后 ， 浮选进入了一个新的时代 。凯勒 Ke l l e r 1 9 2 4年发现， 可溶于水 的黄药是高效 浮选捕收 剂。自那以后 ， 其他一些研究者还发现， 在碱性溶液 中可用氰化物抑制黄铁矿和闪锌矿浮选。 1 9 2 0年 朗格 缪 尔 I r v i n g L a n g mi u r 图 2 0 首 次提出浮选理论， 即药剂在矿物表面上的吸附现象 和矿物在气泡上的附着。1 9 3 0年美 国氰胺公司的 维普资讯 2 0 0 7 ． 4 国 外 金属 矿选矿 克里斯曼 L ． J ． C h r i s t ma n n 进一 步详 细阐述 了浮 选 理论 。此 时浮选 开始 用于非 硫化 矿石 处理 中 。在 处 理磷酸 盐矿 石 、 石灰 石 、 钾盐 矿 石 、 萤 石 矿石 和 重 晶石矿石中获得了满意的结果。浮选的应用领域进 一 步扩大 ， 如从低品位铁矿石 中获得高品位铁精矿 和精选煤。 圈 2 O朗格零尔 I r v i n g L a n g ml 1 8 8 1 --1 9 5 7年 浮 选 一 直 在 搅 拌 槽 中 进 行 。 1 9 6 7 年 波 廷 P ． P o u t i n 和特伦 布莱 R ． J ． T r e mb l a y 在美 国获 得了浮选柱专利。浮选柱于 1 9 8 0年在加拿大魁北 克 G a s p e矿 山 首 次 安 装 。直 径 分 别 为 4 5 ． 7和 9 1 ． 4 c m的两台浮选柱在辉钼矿浮选 回路 中代替 了 1 3 个浮选槽。接着在智利 铜选矿厂中用一些浮选 柱代替浮选槽， 自那 以后浮选柱 的应用得 到推广。 浮选柱的主要优点是没有运动部件 ， 所以， 几乎不用 维修 。1 9 8 8年 ， 由美国矿冶工程师协会采矿工程师 协会承办的第一届 国际浮选柱会议于美国亚利桑那 州 凤凰 城召开 。 3 结 语 直到 2 O世纪 2 O年代矿物加工才成为一 门学 科。此后 3 O多年经新一代年青的工程师和研究生 的不断努力 ， 矿物加工发展成为一 门具有高水平的 试 验科 学 。 李长根 。 ； 崔洪山 0 7 0 4 0 2 上接第 4 O页 一 般过载保护装置不具有分断短路电流的能力 。一 旦在运行中发生短路 ， 需要 由串联在主 电路中的短 路保护装置 如断路器或熔断器等 来切断电路。若 故障电流较小 ， 属于过载范围， 则仍应 由过载保护装 置切断电路。故两者的动作之间应有选择性 。 短路保护装置特性是以熔断器作代表说明的， 与过载保护特性曲线的交点电流为 J ， 若考虑熔断 器特性的分散性， 则交点电流有 J ， 及 J 两个 ， 此时 就要求 J ， 及 以下 的过 电流应由过载保护装置来切 断电路， J 。 及 以上直到允许的极限短路 电流则 由短 路保护装置来切断电路 ， 以满足选择性要求。 显然， 在 J ， ～ J 范围内就很难确保有选择性， 因此要求该 范围应尽量小 。 从现行 I E C标准规定来看 ， 极限值为 J ， 一0 ． 7 s i j ， J 6 1 ． 2 5 J 。 目前过载保护装置的额定 接通和分断能力均按 0 ． 7 5 I j 考核， 显然偏低一些， 从 I E C标准修改的动向， 今后有可能按 J 考核， 以提 高其可靠性。 因此上述 的协调配合应既考虑其选择 北京矿冶研究总院 性 ， 又考虑其额定接通和分断能力。 3 结 语 异步电动机的保护是涉及电气装置和机械设备 可靠、 正常运转 的关键之一 。直接检测电动机绕组 的温度来保护过载引起的过热是一种很有效的保护 方式， 但由于需直接埋人 电动机绕组里， 价格较贵、 维修困难等原因， 仅在部分频繁操作场合下使用 ； 从 经济性考虑， 采用 电流检测型更为有利， 加热继电器 仍是一种价廉、 简单、 可靠的电动机保护形式 从实 际使用情况看， 目前使 用量 占大多数 ； 对动作性能 要求较高及功能要求全或价格 昂贵的大容量电动机 保护 ， 则可采用电子式或固态继电器 ； 对一般要求 ， 则采用带热一磁脱扣 的电动机保护用断路器更为实 用。但不管采用何种保护装置 ， 必须考虑过载保护 装置与电动机， 以及过载保护装置与短路保护装置 的协调配合。 0 7 0 4 1 0 维普资讯